长江中下游河道崩岸治理方案比选与分析

周金岩

(安徽省长江河道管理局，安徽 芜湖 241000)

长江中下游河道上起宜昌，下迄长江河口，全长1893km，是江海联运的黄金大通道，其干流堤防长约3900km，对长江经济带防洪安全至关重要。长江中下游为冲积平原，河岸地质构造多呈二元结构，抗冲性较差。近年来，受河道自然调整及三峡水库清水下泄的影响，来沙量大幅减少，河段冲淤不平衡[1]，迎流顶冲段表现尤为突出，崩岸险情屡屡发生，部分已治理河段遭受较大流量冲刷后出现了新的险情，严重威胁了堤防安全和人民生命财产安全，随着今后长江经济带战略的延伸推动，选择合适有针对性的护岸型式，提升护岸的时效性、耐久性，加强崩岸治理能力，维护长江河道的稳定，显得尤为重要。

1 工程概况

安徽省长江崩岸应急治理工程分布在长江上下三号、马当、官洲、太子矶、贵池、大通、铜陵、黑沙洲、芜湖和马鞍山等12个河段[2]，涉及安徽省安庆、池州、铜陵、芜湖、马鞍山等5个地级市，共治理24处崩岸段，护岸总长43.85km，主要包括水上护坡和水下护脚两部分。分类统计见表1。

表1 崩岸治理工程分类汇总 单位:km

2 崩岸主要形式

在水流冲刷作用下，岸坡变陡失稳崩塌，据统计，2002年以来，安徽省长江干流河段新增崩岸17处，崩长80.3km。根据河岸地质结构及水流冲刷强度不同，崩岸主要有条崩、窝崩及风浪洗崩等形式。

a.条崩：当上覆黏性土较薄或河岸基本由单一砂性土组成时，在水流长期冲刷作用下易产生条崩险情，崩岸范围及程度较大，见图1。如上下三号河段上三号洲尾右缘崩岸，受中汊发展、水流贴岸冲刷作用，上三号洲尾右缘近期持续崩退，崩长约5km、最大崩宽约400～500m。

图1 条崩

b.窝崩：当上覆黏性土较厚，水流顶冲或环流淘刷作用下易产生窝崩险情，危害程度最大，见图2。崩窝一般可分为三种类型：ⓐ河岸全线或较长岸线发生崩退，产生连续的崩窝，岸线呈锯齿形，如马鞍山河段江心洲左缘连续崩窝；ⓑ当水流方向与河岸交角很大时，水流对河岸的流速梯度(或切应力)很大，由强烈的回流淘刷河岸形成崩窝，岸线呈Ω形，如无为天然洲头右缘崩窝；ⓒ在岸线较平顺条件下，由于土体失去稳定产生孤立的崩窝，岸线呈圆弧形，如枞阳长沙洲左缘崩窝等。

图2 崩窝

c.洗崩：在水流贴岸冲刷不太强烈、汛期水流上滩、中低水期河水归槽地段，上覆土层抗冲刷较弱、下覆土层抗冲刷较强或有水下防护区域，在中高水期受风浪洗刷作用易产生崩岸险情，主要表现为岸滩崩塌，容易造成水流超后路现象，见图3。如永红转拐段，岸坡受风浪洗刷而逐年崩退。

图3 洗崩

3 治理方案比选

3.1 护岸方案比选

长江中下游护岸型式主要有平顺护岸及挑流式护岸两种。长江中下游河岸大部分由疏松沉积物组成，具有二元结构，上层为河漫滩相的黏土，下层为河床相的中细沙[3-4]，抗冲刷能力差，崩岸主要由下部砂土层冲刷所致。多年的护岸经验表明，平顺护岸对水流结构改变较小，有利于岸坡稳定，因此本工程采用平顺护岸型式。根据《护岸技术要求》等相关技术要求，护岸工程以设计枯水位为界，分水上护坡和水下护脚两部分。

3.2 水上护坡工程型式比较

水上护坡要求抗冲性能好和稳定性强，长江中下游常用的护坡结构型式有浆砌石、干砌块石、干砌混凝土块以及雷诺护垫护坡等(见图4～图7)，均可满足抗冲及稳定要求。但从工程造价、施工工艺、材料供应及与河岸地形相适应等方面进行比较，则各有优缺点。水上护坡工程主要型式比较见表2。

表2 水上护坡工程主要型式比较

图4 浆砌石护坡

图5 干砌石护坡

图6 干砌混凝土预制块护坡

图7 雷诺护垫护坡

上述护坡型式，混凝土预制块护坡防护效果好，外形美观，材料供应充足，造价较低，可现场提前预制也可订购，节省工期，但其抗冲性能不如块石护坡；干砌块石护坡排水性能好，工程造价低，抗冲性能强，缺点是施工速度慢，块石质量要求高，石料供应紧张，一般用来砌筑坡面或原砌石护坡损坏修复；浆砌块石护坡防护效果、美观程度均较好，抗冲及稳定性好，但工程造价高，块石质量要求高、供应少，一般仅用来少量砌筑脚槽、封顶及隔埂；雷诺护垫护坡较生态，整体性和透水性好，具有可适应变形、耐久、防水流冲刷和防浪等优点，可有效防止水流淘刷岸坡而导致的岸坡变形，但工程造价高[5]。

综合上述护坡型式优缺点，结合护岸段工程特点，推荐干砌块石和预制混凝土块护坡两种型式，原有块石护坡受损修复、工程量较小段，采用干砌块石护坡型式；其他段采用干砌混凝土预制块护坡型式。

3.3 水下护脚型式比较

长江中下游常用的平顺护岸结构型式有抛石、混凝土铰链排、模袋混凝土、模袋沙等，见图8～图11。但从工程造价、施工工艺、材料供应及与河岸地形相适应等方面进行比较，则各有优缺点。水下护脚工程主要型式比较见表3。

图8 水下抛石

图9 混凝土铰链排

图10 模袋混凝土

图11 模袋沙

表3 水下护脚工程主要型式比较

从性能、适用范围、施工技术、材料来源、工程维护、工程造价等方面进行比较可以看出，各种型式均具有抗冲能力强或较强的特点，其中抛石造价较低，自调能力强，能较好地适应河床的变形，虽然工程运行期间需加强维护，但维护加固方便，故被广泛采用；铰链排整体性好，施工技术要求较高，一般不需维护，部分地段岸线平顺、无抛锚区、新护岸段可用；模袋混凝土整体性好，一般不需维护，但施工技术要求较高，适应河床变形能力差；模袋沙护岸可利用岸滩沙土，就近取材，工程造价较低，但易损坏，损坏后泥沙流失，防护效果失效。

综合上述各护脚型式优缺点，结合护岸段工程特点，推荐采用抛石和铰链排两种护脚型式。

3.4 水下防冲层型式比较

为适应河床冲淤变化，抑制冲刷向岸坡发展，水流贴岸顶冲段抛石护脚前沿设置防冲层，一般为抛石防冲和钢丝石笼防冲两种型式。

抛石防冲在长江护岸工程中应用较为广泛，施工简单，适应河床冲刷变形性好，工程造价较低，缺点是施工时定位难，存在抛石分布不均匀和虚吨位。钢丝石笼方案采用钢(铅)丝做成网状笼状结构，内填块石、砾石或卵石，以增强抗冲能力和整体性，缺点是施工较抛石复杂，适应河床冲刷变形性弱，造价比抛石高，优点是整体抗冲效果好，施工过程中工程量易控制。

鉴于钢丝石笼施工较复杂，且工程造价较高，适应河床冲刷变化能力较抛石弱，普通块石能较好地适应河床冲刷变化，有效发挥防冲作用，因此推荐采用抛石防冲型式。

3.5 比选方案总结

3.5.1 水上护坡(坎)型式

综合比较各种护岸型式优缺点，水上护坡(坎)采用干砌块石和干砌混凝土预制块两种护坡型式。针对各护岸段水流和河岸边界条件、崩岸现状及发展趋势、已护岸工程情况等方面因素，对岳王庙、大同圩等5处采用干砌块石护坡(坎)型式，对王家洲、幸福洲等17处采用干砌混凝土预制块护坡(坎)型式。

3.5.2 水下护脚型式

综合比较各种护岸型式优缺点，本次结合各护岸段水流和河岸边界条件、崩岸现状及发展趋势、已护岸工程情况、工程区附近材料供应情况等方面因素，对江调圩等8处采用混凝土铰链排护脚型式，护长16.03km；其余15处(高沿圩2.23km无水下抛石护脚)均采用抛石护岸型式，护长25.59km。

4 总结与分析

目前长江中下游河道崩岸特征主要表现为弧形窝崩、条形倒崩、风浪洗崩等形式，从工程稳定性、抗冲刷能力、河床变形适应性、施工等方面考虑，比较适合的水上护坡型式主要有干砌块石和干砌混凝土预制块，水下护脚型式有抛石及混凝土铰链沉排两种。长期以来，国家和地方投入了大量人力、资金，对长江安徽段崩岸进行了初步的治理，目前河势总体上是稳定的，但从局部河段来看，仍存在许多问题：比如己建护岸工程标准低、范围短，防护效果不好；重要控制节点守护效果不佳；新材料应用进展缓慢，与当前治水要求不协调等。因此，充分认识崩岸的类型，摸清崩岸产生的机理，采取有针对性治理措施，总结梳理前人成果，对今后长江中下游河道的崩岸治理大有裨益。

在今后的治理工程中应注重做好以下几方面的工作：

a.根据崩岸发展趋势，合理确定防护范围，选择有针对性的护岸型式，提高治理的时效性。崩岸治理在一定程度上将使水流顶冲点发生上提或下移，产生新的冲淤变化，影响河势调整，崩岸治理范围必须考虑工程实施后的影响范围。护岸型式针对性不强，防护范围不合理，易造成治理费用增加，治理效果达不到预期，甚至可能形成不可逆转的河势格局。

b.加强崩岸类型和崩岸机理认识研究。本文仅从河势演变、稳定性、抗冲刷能力、适应河床变形及经济等因素考虑比选护岸型式，但影响崩岸因素较多，不同崩岸类型机理分析不透彻，处理措施针对性不强，易导致护岸工程耐久性弱，甚至产生次生崩岸。

c.加强水下坡脚水毁表现形式研究。由于水下坡脚极易受水流淘刷, 易造成坡脚处根石失稳, 岸坡稳定性下降, 因此，掌握平顺抛石护岸的水毁破坏表现形式及破坏规律，可为其运行维护和长期稳定提供必要的技术支撑。

d.加快新材料应用。护岸工程技术方案有多种，优缺点、适应性都不一样，融合新材料、新技术和新方法，创新河道治理的新护岸型式意义重大。